桂北摩天嶺拉培地區(qū)鈾礦化元素地球化學(xué)特征

朱小兵， 李小勇， 王小明

(核工業(yè)二三〇研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410007)

廣西融水縣拉培地區(qū)位于摩天嶺巖體東部。區(qū)域內(nèi)鈾成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，已發(fā)現(xiàn)達(dá)亮、新村兩個(gè)中型鈾礦床及大量的鈾礦點(diǎn)、礦化點(diǎn)、異常點(diǎn)(劉正義等，2018)。其中新村礦床成因類型為淺成中低溫?zé)嵋旱V床，歸屬于花崗巖型硅質(zhì)脈亞型鈾礦床，成礦年齡為47 Ma。礦體位于區(qū)域性烏梓山硅化斷裂帶次級(jí)斷裂帶中，成礦物質(zhì)來(lái)源于花崗巖本身和深部，成礦流體既有大氣降水也有深部熱液，U與Pb、As關(guān)系較密切。拉培地區(qū)發(fā)育拉培、兩培鈾礦化點(diǎn)和大量的鈾異常點(diǎn)，尤其是Fw斷裂上盤EW向次級(jí)構(gòu)造地表發(fā)育大量的鈾異常點(diǎn)帶，礦化蝕變發(fā)育，屬鈾-硅質(zhì)脈型。前人對(duì)兩培礦化點(diǎn)的研究程度較低，僅開展了地質(zhì)調(diào)查工作，提交了鈾礦化點(diǎn)，但鈾成礦條件尚不清晰，成礦潛力未加以評(píng)價(jià)。因此，筆者在前人研究和野外地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，對(duì)兩培鈾礦化點(diǎn)開展S-O同位素、微量元素和稀土元素地球化學(xué)特征等方面的研究，并與新村礦床進(jìn)行對(duì)比研究，分析其成礦物質(zhì)來(lái)源和鈾成礦潛力，為該區(qū)的鈾礦勘查工作提供幫助。

1 地質(zhì)背景

1.1 大地構(gòu)造背景

研究區(qū)位于華南板塊揚(yáng)子陸塊南緣(程裕淇，1994)多構(gòu)造體系復(fù)合的成礦有利部位。在鈾成礦單元上，屬于揚(yáng)子陸塊東南部鈾成礦省雪峰山-摩天嶺碳硅泥巖型、花崗巖型鈾成礦帶中九萬(wàn)大山-元寶山鈾成礦區(qū)和雪峰山鈾成礦區(qū)(圖1)。

圖1 華南地區(qū)鈾成礦帶及大地構(gòu)造劃分示意圖

1.2 地層

研究區(qū)出露地層為四堡群文通組、魚西組(圖2)。巖性為由灰至深灰、綠灰色變質(zhì)砂巖、粉砂巖、絹云母千枚巖、絹云母板巖及少量中-基性海底火山噴發(fā)巖組成。地層總體產(chǎn)狀是由巖體向四周傾斜。

1.3 巖漿巖

巖體主要為摩天嶺巖體，面積約為964 km2，根據(jù)鋯石U-Pb同位素年齡測(cè)定(曾雯等，2005)，形成時(shí)代為(825.0±2.4)Ma，屬雪峰期產(chǎn)物，是華南最老的產(chǎn)鈾花崗巖。巖體具有明顯的巖相分帶特征，中心相、過渡相、邊緣相界線較為清晰，巖性依次為中粗、中粒、細(xì)粒似斑狀黑云(二云)母花崗巖。受區(qū)域變質(zhì)作用的影響，片麻理較發(fā)育。U元素的平均值為7.1×10-6，鈾浸出率30%～40%，對(duì)鈾成礦有利，是摩天嶺地區(qū)主要鈾源之一(1)舒孝敬，梁永東，范立亭，等，2011.廣西北部摩天嶺地區(qū)鈾礦資源調(diào)查評(píng)價(jià)[R].核工業(yè)二三〇研究所：13-45.。

1.4 構(gòu)造

根據(jù)構(gòu)造走向、規(guī)模、活動(dòng)期次和斷裂充填物類型的不同，拉培地段構(gòu)造體系劃分為4組，分別為NE向?yàn)蹊魃綌嗔?、NW向斷裂、近EW向斷裂和NE向羽狀斷裂(表1，圖2)。

圖2 拉培地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

表1 拉培地區(qū)主要構(gòu)造特征一欄表

EW向構(gòu)造主要有F6、F8、F9、F10、F15，走向?yàn)?5°左右，呈近等間距狀展布，間距約500 m。該組斷裂尤以F6為典型代表，礦化最好，成礦期蝕變最發(fā)育，地表異常點(diǎn)密集，是拉培地區(qū)主要含礦構(gòu)造帶。構(gòu)造活動(dòng)具有多期次活動(dòng)特征，依次表現(xiàn)為白色細(xì)晶石英、灰色含黃鐵礦玉髓膠結(jié)角礫巖和硅化巖、紅色硅質(zhì)膠結(jié)斷層角礫巖、硅化碎粉巖和碎斑巖、白色梳狀石英5個(gè)階段，鈾成礦作用主要發(fā)生在第2到第4階段。

拉培地區(qū)硅質(zhì)熱液具多期次活動(dòng)，礦前期為白色粗晶石英，成礦期為灰色微晶、細(xì)晶石英和玉髓，礦后期為白色梳狀石英。

1.5 蝕變特征

拉培地區(qū)圍巖蝕變主要有堿交代鉀鈉長(zhǎng)石化、白云母化、絹云母化、綠泥石化、水云母化、螢石化，而與鈾成礦有關(guān)的蝕變主要為硅化、膠狀黃鐵礦化和赤鐵礦化。

2 樣品采集和分析測(cè)試方法

(1)為了研究成礦流體及成礦物質(zhì)來(lái)源，分析烏梓山斷裂(Fw)上盤近EW向斷裂帶含礦熱液脈體(F6、F8)與烏梓山斷裂的關(guān)系，本次研究挑選礦前期和成礦期構(gòu)造熱液脈體中的黃鐵礦和石英，進(jìn)行S、O同位素測(cè)試和研究。

本研究選擇3件硅質(zhì)脈樣品中的石英進(jìn)行氧同位素測(cè)試，其中2件為烏梓山斷裂主礦帶前期石英脈(圖3a，b)，1件為烏梓山斷裂上盤F8斷裂帶成礦期紅褐色強(qiáng)硅化碎粉巖(圖3c)；選擇4件硅質(zhì)脈樣品中的黃鐵礦進(jìn)行硫同位素測(cè)試，其中1件為烏梓山斷裂主帶成礦期灰綠色含黃鐵礦細(xì)晶硅質(zhì)脈，3件為烏梓山斷裂上盤F6、F8斷裂帶成礦期深灰色-紅褐色含黃鐵礦硅化巖、強(qiáng)硅化碎粉巖、碎斑巖(圖3d,e,f)。

圖3 拉培地區(qū)主要構(gòu)造巖特征

樣品由廊坊市誠(chéng)信地質(zhì)服務(wù)有限公司進(jìn)行分析測(cè)試。S同位素采用LFCX300.42-01—2016檢測(cè)方法，O同位素采用BrF5方法，所用儀器為穩(wěn)定氣體同位素質(zhì)譜儀/253plus，外精度優(yōu)于0.2‰，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)為V-SMOW。

(2)本次采集了5件樣品進(jìn)行微量元素和稀土元素分析，其中4件為F6構(gòu)造巖(圖3d，e，f)，該構(gòu)造為烏梓山斷裂上盤EW向構(gòu)造典型代表，1件為拉培地區(qū)圍巖，用于與4件構(gòu)造巖樣品對(duì)比。樣品由核工業(yè)二三〇研究所分析測(cè)試中心進(jìn)行分析測(cè)試，采用GB/T 14506.30—2010硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法第30部分: 44個(gè)元素量測(cè)定、230-JC-011—2017電感耦合等離子質(zhì)譜法測(cè)定巖石土壤中Ag As Hg、DZ/T 0279.3—2016區(qū)域地球化學(xué)樣品分析方法第3部分：鋇、鈹、鉍等15個(gè)元素量測(cè)定電感耦合等離子體質(zhì)譜法、DZG93-01多金屬礦石分析 無(wú)色散原子熒光光譜法測(cè)定汞量。采用儀器電感耦合等離子體質(zhì)譜儀、原子熒光光度計(jì)、等離子體質(zhì)譜儀，各方法檢出限符合規(guī)范要求。

3 穩(wěn)定同位素特征

3.1 S同位素特征

樣品的S同位素測(cè)試結(jié)果見表2。自然界硫同位素主要有3個(gè)儲(chǔ)存庫(kù)，一是幔源硫(δ34S值為0±3‰)；二是海水硫，現(xiàn)代海水中δ34S值為20‰；三是沉積物中還原硫，這種硫的同位素主要以具有較大的負(fù)值為特征(聶利青等，2019)。來(lái)自同一源區(qū)的硫，因各種氧化還原、交代反應(yīng)和動(dòng)力學(xué)過程產(chǎn)生的分餾，其δ34S值偏差不會(huì)超過10%(徐培言等，2019)。因此,熱液流體硫同位素變化范圍如果不超過10%，則可以認(rèn)為流體的硫源是均一的。

表2 拉培地區(qū)成礦期硅質(zhì)脈中黃鐵礦S同位素?cái)?shù)據(jù)一覽表

拉培地區(qū)成礦期硅質(zhì)脈中黃鐵礦硫同位素組成見表2，本區(qū)硫同位素組成整體比較均一，變化范圍相對(duì)較小，δ34S值為-2.45‰～+7.01‰，變化范圍為9.46‰。其中，見礦最好的F6構(gòu)造帶深灰色含黃鐵礦硅化巖δ34S值明顯偏高至+7.01‰。通過與達(dá)亮礦床內(nèi)帶(δ34S值為-3.5‰～9.1‰)和新村礦床(δ34S值為-5.6‰～8.4‰)的硫同位素組成對(duì)比分析(圖4)，表明F6與Fw、新村礦床成礦物質(zhì)具有相類似的S同位素特征。

圖4 拉培地區(qū)黃鐵礦中δ34S值對(duì)比圖(花崗巖和變質(zhì)巖δ34S值參見Chen et al.，2012)

拉培地區(qū)EW向含礦構(gòu)造成礦期δ34S值為-2.45‰～+7.01‰，變化范圍略大(F6斷裂構(gòu)造δ34S偏正值)，可能為以下兩個(gè)原因造成：一是成礦流體發(fā)生氧化作用所致，因?yàn)棣?4S在氧化硫和還原硫之間的分異程度受氧逸度變化影響較大，且在中低溫條件下尤為明顯(張道涵等，2017)；二是成礦物質(zhì)具有多源性，既有來(lái)自花崗巖本身，也有來(lái)自深部。礦前期為高氧低硫的環(huán)境，有利于鈾的活化。

3.2 O同位素特征

樣品的O同位素測(cè)試結(jié)果見表3。由于不同來(lái)源的流體具有不同特征的H、O同位素組成，所以成礦流體的H、O同位素組成是判斷成礦流體來(lái)源的重要依據(jù)(楊波等，2016)。拉培地區(qū)硅質(zhì)脈δ18O樣品-PDB值為-25.2‰～16.7‰，δ18O樣品-SMOW值為4.9‰～13.7‰，δ18O水-SMOW(‰)值按給出的分餾方程1 000×ln a石英-水=3.38×106/(273.15+t)2-3.40(Clayton et a1.,1972)計(jì)算，t值使用本區(qū)同類型礦床——新村礦床成礦流體溫度數(shù)據(jù)。利用均一法測(cè)得成礦前微晶石英溫度為170～198 ℃(徐爭(zhēng)啟等，2014)，取中間值184 ℃，成礦期鈾-微晶石英型礦石微晶石英溫度為165～168 ℃，取值為167 ℃。

表3 拉培地區(qū)硅質(zhì)脈O同位素?cái)?shù)據(jù)一覽表

一般說(shuō)來(lái)，正常巖漿水的氧同位素組成δ18O值為+5.5‰～+10‰(Taylor，1974)；中酸性巖石δ18O值變化范圍通常為+6‰～+13‰；大氣降水的氧同位素組成變化很大，δ18O值為+10‰～-55‰。由表3可見，礦前期δ18O水-SMOW平均值為-7.67‰，成礦期δ18O水-SMOW值為-0.35‰，礦后期δ18O水-SMOW值為-6.28‰(達(dá)亮礦床)，從礦前期到礦后期呈增高再降低趨勢(shì)，熱液以大氣降水為主。

4 微量元素特征

通過化學(xué)分析，拉培地區(qū)構(gòu)造巖微量元素含量見表4。常見的成礦指示元素As、Sb、Hg、Cu、Pb、W、Co、Be等，除Zn略為流失外，其余元素含量均較圍巖富集，富集系數(shù)從幾到幾十，其中As的富集系數(shù)高達(dá)57.66(表4)，就單個(gè)樣品而言，礦化最好的BT193Y1H1達(dá)到了170。由于As元素的參與，黃鐵礦中的S原子3s、3p軌道對(duì)費(fèi)米能級(jí)附近的價(jià)帶和導(dǎo)帶均產(chǎn)生了貢獻(xiàn)，活性非常大，是導(dǎo)致其還原鈾的關(guān)鍵(鄒明亮等，2017)。成礦熱液富As為拉培地區(qū)鈾成礦作用提供了極好的還原環(huán)境。

表4 拉培地區(qū)構(gòu)造巖微量元素含量表

使用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)拉培地區(qū)樣品的微量元素進(jìn)行R型聚類分析(圖5)。與U組成一類的微量元素主要有As、Hg、Sb、Pb、Co、W、Y、Zn、Be，且呈正相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)均達(dá)0.9左右，反映了U與As、Hg、Sb、Pb、Co、W、Y具有同源性(表5)。而Co、W是高溫元素，反映深部來(lái)源信息，所以從側(cè)面反映拉培地區(qū)的成礦物質(zhì)具有深部來(lái)源的特征，這與S-O同位素示蹤得出的結(jié)論相一致。

表5 拉培地區(qū)F6構(gòu)造巖微量元素相關(guān)系數(shù)表

圖5 拉培地區(qū)F6構(gòu)造巖微量元素R型聚類圖

5 稀土元素特征

通過化學(xué)分析，拉培地區(qū)稀土元素含量見表6。拉培地區(qū)F6稀土元素配分模式(圖6)整體呈現(xiàn)為一略微右傾的“海鷗”型，表現(xiàn)為輕稀土比重稀土較為富集的特征，與新村礦床硅化帶(鈾-硅質(zhì)脈型)形態(tài)極其類似，表明F6成礦熱液與新村礦床具有相類似的稀土元素特征。Eu負(fù)異常強(qiáng)度與鈾礦化強(qiáng)度具有正相關(guān)趨勢(shì)。同時(shí)，F(xiàn)6與圍巖的稀土配分模式存在一定的差異，二者的不同源性間接表明F6發(fā)生了鈾成礦作用。

圖6 拉培地區(qū)F6構(gòu)造巖稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化配分圖

從單個(gè)樣品稀土含量及相關(guān)參數(shù)對(duì)比來(lái)看，F(xiàn)6不同構(gòu)造巖的稀土元素特征也具有差異，除了構(gòu)造巖巖性組成不同之外，可能還表明該構(gòu)造具有多期次構(gòu)造活動(dòng)成礦的特點(diǎn)。尤其是對(duì)比其他幾個(gè)樣品，BT193Y1H1(含礦)稀土元素配分顯示出略微輕稀土較重稀土虧損，可能是因?yàn)榀B加了后期的鈾成礦作用。

巖石稀土元素地球化學(xué)特征具有一定的示蹤性質(zhì)，可以為成巖、成礦物質(zhì)來(lái)源提供相關(guān)信息(趙振華，1992)。從拉培地區(qū)微量元素相關(guān)性來(lái)看，U與Y為代表的稀土元素具有較好的相關(guān)性。Y和Ho在自然界中一般以三價(jià)態(tài)存在，且離子半徑非常接近，在地質(zhì)作用過程中具有非常相似的地球化學(xué)行為，而且Y/Ho值不受氧化-還原條件的影響。該比值的變化一般與熱液、巖石間的水-巖反應(yīng)有關(guān)，或者與不同熱液系統(tǒng)間絡(luò)合介質(zhì)差異有關(guān)(丁振舉等，2000)。拉培地區(qū)圍巖的Y/Ho值為26.64，而F6樣品中Y/Ho值為23.00～38.00，見礦最好的BT193Y1H1樣品中Y/Ho值為38.00(表6)。如果成礦流體及鈾源來(lái)自圍巖本身，則礦石的Y/Ho值將十分接近圍巖的比值，但實(shí)際上F6中Y/Ho高于圍巖，這說(shuō)明F6樣品構(gòu)造巖物源除來(lái)自圍巖本身外，還具有部分深部來(lái)源的特征(祁家明等，2013)。

表6 拉培地區(qū)F6構(gòu)造巖稀土元素含量表

6 結(jié)論

(1)拉培地區(qū)EW向含礦構(gòu)造成礦熱液總體表現(xiàn)為較強(qiáng)的高硫低氧環(huán)境，利于鈾的還原、沉淀，明顯具深源特點(diǎn)。礦前期、礦后期熱液與Fw熱液脈體穩(wěn)定同位素特征相似，以大氣降水為主，表明Fw可能為其上盤次級(jí)EW向含礦構(gòu)造提供了成礦熱液，在成礦過程中主要為導(dǎo)礦構(gòu)造。

(2)拉培地區(qū)含礦構(gòu)造富集As、Sb、Hg、Cu、Pb、W、Co、Be等常見的成礦指示元素，富集系數(shù)較大，尤其以As、Sb、Hg等前緣暈元素更為富集，為拉培地區(qū)鈾成礦作用提供了極好的還原環(huán)境。

(3)拉培地區(qū)含礦構(gòu)造U與As、Pb、Be、Y等元素相關(guān)性較高且為正相關(guān)，鈾成礦作用強(qiáng)烈且延深性較好，這與F6斷裂構(gòu)造地表地質(zhì)觀察得出的結(jié)論相吻合。

(4)F6斷裂構(gòu)造稀土元素分配模式顯示相對(duì)穩(wěn)定的Ce和明顯的Eu負(fù)異常，反映了成礦過程中的低溫度和低氧逸度，為還原環(huán)境，有利于低溫?zé)嵋衡櫝傻V作用。F6斷裂構(gòu)造具有多期次構(gòu)造活動(dòng)和多期次深源成礦熱液疊加的特點(diǎn)。